JP2008140551A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極活物質層が集電体の表面に形成されてなる正極と、セパレータに電解質が保持されてなる電解質層と、負極活物質層が集電体の表面に形成されてなる負極と、がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有する非水電解質二次電池において、前記単電池層の積層方向から見て前記正極活物質層および前記負極活物質層の双方の端部と重複するように、前記セパレータの周縁部に、前記周縁部以外の部位よりも空孔率の小さい低空孔率部を存在させる。
【選択図】図1
Description
本実施形態は、正極活物質層が集電体の表面に形成されてなる正極と、セパレータに電解質が保持されてなる電解質層と、負極活物質層が集電体の表面に形成されてなる負極と、がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有する非水電解質二次電池であって、前記単電池層の積層方向から見て前記正極活物質層および前記負極活物質層の双方の端部と重複するように、前記セパレータの周縁部に、前記周縁部以外の部位よりも空孔率の小さい低空孔率部が存在することを特徴とする、非水電解質二次電池に関する。
集電体11および最外層集電体(11a、11b)は、アルミニウム箔、銅箔、ステンレス(SUS)箔など、導電性の材料から構成される。集電体の一般的な厚さは、1〜30μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。
活物質層は活物質を含み、必要に応じてその他の添加剤をさらに含む。
電解質層17は、セパレータに電解質が保持されてなる層である。電解質層17に含まれる電解質(具体的には、リチウム塩)は、充放電時に正負極間を移動するリチウムイオンのキャリアーとしての機能を有する。
バイポーラ電池10においては、通常、各単電池層19の周囲に絶縁層31が設けられる。この絶縁層31は、電池内で隣り合う集電体11同士が接触したり、電池要素21における単電池層19の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止する目的で設けられる。かような絶縁層31の設置により、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質のバイポーラ電池10が提供されうる。
バイポーラ電池10においては、電池外部に電流を取り出す目的で、最外層集電体(11a、11b)に電気的に接続されたタブ(正極タブ25および負極タブ27)が外装であるラミネートシート29の外部に取り出される。具体的には、正極用最外層集電体11aに電気的に接続された正極タブ25と、負極用最外層集電体11bに電気的に接続された負極タブ27とが、外装の外部に取り出される。
バイポーラ電池10においては、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、電池要素21は、ラミネートシート29などの外装内に収容されることが好ましい。外装としては特に制限されず、従来公知の外装が用いられうる。自動車の熱源から効率よく熱を伝え、電池内部を迅速に電池動作温度まで加熱しうる点で、好ましくは、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートシート等が用いられうる。
第2実施形態では、上記の第1実施形態の双極型電池を複数個、並列および/または直列に接続して、組電池を構成する。
第3実施形態では、上記の第1実施形態の双極型電池10、および/または第2実施形態の組電池40をモータ駆動用電源として搭載して、車両を構成する。双極型電池10または組電池40をモータ用電源として用いる車両としては、例えば、ガソリンを用いない完全電気自動車、シリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車などのハイブリッド自動車、および燃料電池自動車などの、車輪をモータによって駆動する自動車が挙げられる。
<正極の作製>
正極活物質であるスピネル型マンガン酸リチウム(LiMn2O4)(平均粒子径:5μm)(85質量%)、導電助剤であるアセチレンブラック(平均粒子径:0.1μm)(5質量%)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加し、混合して、正極活物質スラリーを調製した。
負極活物質であるハードカーボン(平均粒子径:5μm)(90質量%)、およびバインダであるポリフッ化ビニリデン(PVdF)(10質量%)を混合し、次いでスラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加し、混合して、負極活物質スラリーを調製した。
セパレータ基材として、ポリエチレン製微多孔膜(サイズ:110mm×110mm×30μm、空孔率:66%、透気度:65s/100cc)を準備した。
電解液として、エチレンカーボネート(EC)およびジエチルカーボネート(DEC)の混合溶液(EC:DEC=1:1(体積比))に電解質塩(リチウム塩)であるLiPF6を1Mの濃度に溶解させたものを準備した。
セパレータの作製手法を変更したこと以外は、上記の実施例1−1と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
低空孔率部を形成するための樹脂として、溶融ポリプロピレンに代えてポリフッ化ビニリデンを用い、これを溶媒であるNMPに溶解させた溶液を塗布し、乾燥させることにより低空孔率部を形成したこと以外は、上記の実施例1−1と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。なお、形成された低空孔率部の空孔率およびサイズは、上記の実施例1−1と同様であった。
セパレータとして、ポリエチレン製微多孔膜(サイズ:110mm×110mm×30μm、空孔率:55%、透気度:180s/100cc)をそのまま用いたこと以外は、上記の実施例1−1と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
セパレータとして、ポリエチレン製微多孔膜(サイズ:110mm×110mm×30μm、空孔率:66%、透気度:65s/100cc)をそのまま用いたこと以外は、上記の実施例1−1と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
正極および負極における活物質層の形成部位、並びにセパレータにおける低空孔率部を図5に示す形態としたこと以外は、上記の実施例1−1と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
正極および負極における活物質層の形成部位、並びにセパレータにおける低空孔率部を図5に示す形態としたこと以外は、上記の実施例1−2と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
正極および負極における活物質層の形成部位、並びにセパレータにおける低空孔率部を図5に示す形態としたこと以外は、上記の実施例1−3と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
セパレータとして、ポリエチレン製微多孔膜(サイズ:110mm×110mm×30μm、空孔率:55%、透気度:180s/100cc)をそのまま用いたこと以外は、上記の実施例2−1と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
セパレータとして、ポリエチレン製微多孔膜(サイズ:110mm×110mm×30μm、空孔率:66%、透気度:65s/100cc)をそのまま用いたこと以外は、上記の実施例2−1と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
正極および負極における活物質層の形成部位、並びにセパレータにおける低空孔率部を図6に示す形態としたこと以外は、上記の実施例1−1と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
正極および負極における活物質層の形成部位、並びにセパレータにおける低空孔率部を図6に示す形態としたこと以外は、上記の実施例1−2と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
正極および負極における活物質層の形成部位、並びにセパレータにおける低空孔率部を図6に示す形態としたこと以外は、上記の実施例1−3と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
セパレータとして、ポリエチレン製微多孔膜(サイズ:110mm×110mm×30μm、空孔率:55%、透気度:180s/100cc)をそのまま用いたこと以外は、上記の実施例3−1と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
セパレータとして、ポリエチレン製微多孔膜(サイズ:110mm×110mm×30μm、空孔率:66%、透気度:65s/100cc)をそのまま用いたこと以外は、上記の実施例3−1と同様の手法により、非水電解質リチウムイオン二次電池を作製した。
上記の各実施例および各比較例で作製した非水電解質リチウムイオン二次電池について、初期の電池容量を測定した。測定結果を下記の表1に示す。ここで、表1における電池容量の値は、実施例1−1〜実施例1−3については比較例1−1を基準とし、実施例2−1〜実施例2−3については比較例2−1を基準とし、実施例3−1〜実施例3−3については比較例3−1を基準とした相対値である。なお、当該電池容量の測定は、以下の手法により行った。すなわち、1CでCC−CV(定電流−定電圧)充電を4.2Vまで行い、10分間の休止後、1CでCC(定電流)放電を2.5Vまで行った。その際の放電容量を電池容量とした。なお、測定温度は25℃とした。ここで、比較例1−2、比較例2−2および比較例3−2において作製した電池については、初回充電時において電池電圧が満充電状態まで上がらず、電池容量を測定することができなかった。そこで、電池を解体して分析したところ、電極活物質層の端部において短絡が発生していたことが判明した。
上記の各実施例および各比較例で作製した非水電解質リチウムイオン二次電池について、初期の電池抵抗を測定した。測定結果を下記の表1に示す。ここで、表1における電池抵抗の値は、実施例1−1〜実施例1−3については比較例1−1を基準とし、実施例2−1〜実施例2−3については比較例2−1を基準とし、実施例3−1〜実施例3−3については比較例3−1を基準とした相対値である。なお、当該電池抵抗の測定は、以下の手法により行った。すなわち、電池電圧を3.7Vになるように充電し、1C、2C、3C相当の放電電流を印加し、この際の電圧降下から算出される内部抵抗を電池抵抗とした。なお、測定温度は25℃とした。ここで、比較例1−2、比較例2−2および比較例3−2において作製した電池については、電池抵抗を測定することができなかった。
上記の各実施例および各比較例で作製した非水電解質リチウムイオン二次電池について、高レート特性(大電流放電特性)を測定した。測定結果を下記の表1に示す。ここで、表1における高レート特性の値は、実施例1−1〜実施例1−3については比較例1−1を基準とし、実施例2−1〜実施例2−3については比較例2−1を基準とし、実施例3−1〜実施例3−3については比較例3−1を基準とした相対値である。なお、当該高レート特性の測定は、以下の手法により行った。すなわち、1CでCC−CV(定電流−定電圧)充電を4.2Vまで行い、10分間の休止後、30CでCC(定電流)放電を2.5Vまで行った。その際の放電容量を電池容量とした。なお、測定温度は25℃とした。ここで、比較例1−2、比較例2−2および比較例3−2において作製した電池については、高レート特性を測定することができなかった。
10 バイポーラ電池、
11 集電体、
11a、11b 最外層集電体、
13 正極活物質層、
15 負極活物質層、
17 電解質層、
17a 低空孔率部、
17b 高空孔率部、
19 単電池層、
21 電池要素、
25 正極タブ、
27 負極タブ、
29 ラミネートシート、
31 絶縁層、
33 正極集電体、
35 負極集電体、
40 組電池、
42、43 電極ターミナル、
50 自動車、
60 双極型でない通常の積層型リチウムイオン二次電池、
L 最大の距離。
Claims (9)
- 正極活物質層が集電体の表面に形成されてなる正極と、セパレータに電解質が保持されてなる電解質層と、負極活物質層が集電体の表面に形成されてなる負極と、がこの順に積層されてなる少なくとも1つの単電池層を有する非水電解質二次電池であって、
前記単電池層の積層方向から見て前記正極活物質層および前記負極活物質層の双方の端部と重複するように、前記セパレータの周縁部に、前記周縁部以外の部位よりも空孔率の小さい低空孔率部が存在することを特徴とする、非水電解質二次電池。 - 前記セパレータを構成する基材が、ポリオレフィン系樹脂である、請求項1に記載の非水電解質二次電池。
- 前記低空孔率部が、熱加圧処理により形成されたものである、請求項1または2に記載の非水電解質二次電池。
- 前記低空孔率部が、セパレータ基材への樹脂の充填により形成されたものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記樹脂が、ポリフッ化ビニリデンまたはポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体である、請求項4に記載の非水電解質二次電池。
- 前記正極活物質層に含まれる正極活物質がリチウム−遷移金属複合酸化物である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 前記負極活物質層に含まれる負極活物質が、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池。
- 複数個の請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池が、直列、並列、または直並列に電気的に接続されてなる組電池。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池または請求項8に記載の組電池をモータ駆動用電源として搭載した車両。
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